Luận văn Ứng dụng phương pháp điều khiển mờ và thiết bị xử lý tín hiệu số dspace 1104 trong điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ngày nay, sựcạnh tranh cao của nền kinh tếtoàn cầu ñòi hỏi các công ty phải tìm ra các phương thức mới ñểnâng cao hiệu quả, cải thiện năng suất và hợp lý hóa sản xuất. Trong tiến trình ấy, các hệ truyền ñộng luôn ñóng một vai trò rất quan trọng, chúng là ñộng lực chính thúc ñẩy năng suất, quyết ñịnh chất lượng sản phẩm. Vì thế, người ta luôn tìm mọi cách ñể cải thiện chất lượng các hệ truyền ñộng. Động cơ, một trong những thành phần chính của hệ truyền ñộng cũng luôn luôn ñược quan tâm, cải tiến. Hiện nay có rất nhiều loại ñộng cơ ñược sửdụng trong công nghiệp, mỗi loại có những ưu nhược ñiểm riêng và ñược ứng dụng trong những lĩnh vực nhất ñịnh.Trong ñó, ñộng cơ ñiện một chiều ñược ứng dụng rất phổbiến trong các lĩnh vực kinh tếvà khoa học kĩthuật, trong tất cảcác nhà máy lớn nhỏnhư ởcác nhà máy cán thép, tàu ñiện ngầm, nhà máy nhiệt ñiện, hóa chất lọc hóa dầu và các cánh tay Robot v.v. Ưu ñiểm của ñộng cơ ñiện một chiều là có moment mởmáy lớn, do vậy kéo ñược tải nặng khi khởi ñộng.Ngoài ra phạm vi ñiều chỉnh tốc rộng, khoảng nhảy cấp tốc ñộnhỏphù hợp với hệthống tự ñộng hóa khi cần thay ñổi mịn tốc ñộ, việc ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều có nhiều ưu ñiểm hơn so với các loại ñộng cơkhác như khả năng ñiều chỉnh tốc ñộ dễ dàng, cấu trúc mạch lực mạch ñiều khiển ñơn giản, ñạt chất lượng ñiều chỉnh cao trong dải ñiều khiển rộng.

pdf26 trang | Chia sẻ: lvbuiluyen | Ngày: 16/12/2013 | Lượt xem: 1291 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Ứng dụng phương pháp điều khiển mờ và thiết bị xử lý tín hiệu số dspace 1104 trong điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VÕ MINH HUY ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ DSPACE 1104 TRONG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Chuyên ngành : Tự ñộng hóa Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2011 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PSG.TS.ĐOÀN QUANG VINH Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn Phản biện 2: TS. Nguyễn Bê Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 05 năm 2011. Có thể tìm hiều luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Bách khoa Đà Nẵng. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Ngày nay, sự cạnh tranh cao của nền kinh tế toàn cầu ñòi hỏi các công ty phải tìm ra các phương thức mới ñể nâng cao hiệu quả, cải thiện năng suất và hợp lý hóa sản xuất. Trong tiến trình ấy, các hệ truyền ñộng luôn ñóng một vai trò rất quan trọng, chúng là ñộng lực chính thúc ñẩy năng suất, quyết ñịnh chất lượng sản phẩm. Vì thế, người ta luôn tìm mọi cách ñể cải thiện chất lượng các hệ truyền ñộng. Động cơ, một trong những thành phần chính của hệ truyền ñộng cũng luôn luôn ñược quan tâm, cải tiến. Hiện nay có rất nhiều loại ñộng cơ ñược sử dụng trong công nghiệp, mỗi loại có những ưu nhược ñiểm riêng và ñược ứng dụng trong những lĩnh vực nhất ñịnh.Trong ñó, ñộng cơ ñiện một chiều ñược ứng dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực kinh tế và khoa học kĩ thuật, trong tất cả các nhà máy lớn nhỏ như ở các nhà máy cán thép, tàu ñiện ngầm, nhà máy nhiệt ñiện, hóa chất lọc hóa dầu và các cánh tay Robot v.v... Ưu ñiểm của ñộng cơ ñiện một chiều là có moment mở máy lớn, do vậy kéo ñược tải nặng khi khởi ñộng.Ngoài ra phạm vi ñiều chỉnh tốc rộng, khoảng nhảy cấp tốc ñộ nhỏ phù hợp với hệ thống tự ñộng hóa khi cần thay ñổi mịn tốc ñộ, việc ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều có nhiều ưu ñiểm hơn so với các loại ñộng cơ khác như khả năng ñiều chỉnh tốc ñộ dễ dàng, cấu trúc mạch lực mạch ñiều khiển ñơn giản, ñạt chất lượng ñiều chỉnh cao trong dải ñiều khiển rộng. Để thực hiện các nhiệm vụ trong công nghiệp ñiện tử với ñộ chính xác cao, lắp ráp trong các dây chuyền sản xuất, yêu cầu có bộ ñiều khiển tốc ñộ. 2 Đối với các phương pháp ñiều khiển kinh ñiển, thì ta phải biết chính xác các thông số và kiểu của ñối tượng cần ñiều khiển. Hơn nữa, bộ ñiều khiển này chỉ chính xác trong giai ñoạn tuyến tính còn trong giai ñoạn phi tuyến thì các phương pháp ñiều khiển kinh ñiển không thực hiện ñược. Đối với ñộng cơ ñiện một chiều, các thông số thường bị thay ñổi làm ảnh hưởng chất lượng ñiều chỉnh cụ thể là: Khi mạch từ của máy ñiện bị bão hòa làm ñiện cảm mạch phần ứng Lu của ñộng cơ suy giảm. Điện trở mạch phần ứng Ru của máy ñiện thay ñổi theo nhiệt ñộ làm việc, do ñó hằng số thời gian mạch phần ứng Tu = Lu/Ru cũng sẽ thay ñổi trong quá trình làm việc. Với mạch kích từ, từ thông Φ có thể bị thay ñổi dẫn ñến hằng số thời gian cơ học Tc cũng thay ñổi. Khi xét ñến tải của các hệ truyền ñộng thì mô men quán tính của tải thường bị thay ñổi, làm cho mômen quán tính của hệ qui ñổi về trục của ñộng cơ thay ñổi. Nếu bằng các phương pháp ñiều khiển kinh ñiển thì chúng ta gặp rất nhiều khó khăn trong việc tính toán, thiết kế bộ ñiều khiển ñạt ñược chất lượng cao. Để khắc phục ñược các nhược ñiểm trên thì phương pháp ñiều khiển mờ sẽ là một giải pháp. Bộ ñiều khiển mờ ra ñời trên cơ sở ứng dụng logic mờ, là một bộ ñiều khiển thông minh, hiện ñang ñóng vai trò quan trọng trong các hệ thống ñiều khiển hiện ñại, vì nó ñáp ứng tốt các chỉ tiêu kỹ thuật, tính bền vững và ổn ñịnh cao, dễ thay ñổi, dễ lập trình. Bên cạnh ñó, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing) ñang tạo nên diện mạo của khoa học kỹ thuật của thế kỷ 21. DSP ñã và ñang làm thay ñổi có tính chất cách mạng trong rất nhiều lĩnh vực như: viễn thông, thiên văn, vật lý, khôi phục âm thanh hình ảnh có ñộ tin cậy cao … 3 DSP có khả năng xử lý tính toán thời gian thực rất nhanh, nhờ sự tích hợp bộ xử lý tốc ñộ cao, các giao diện phần cứng phục vụ cho việc giao tiếp giữa hệ thống chương trình ñiều khiển mềm với ñối tượng ñiều khiển bên ngoài. DSP còn hỗ trợ liên kết lập trình với các ngôn ngữ bậc cao vì vậy người sử dụng có thể dễ dàng lập trình và có thể chỉ tập trung vào phát triển thuật toán ñiều khiển. Ví dụ như sử dụng Matlab ñể lập trình thì sẽ có rất nhiều lợi thế bởi lẽ các thư viện của Matlab rất ñồ sộ. Không mất nhiều thời gian ñể lập trình cũng bài toán ñó so với các hệ vi ñiều khiển khác. Do vậy việc nghiên cứu và ứng dụng phương pháp ñiều khiển mờ kết hợp với ứng dụng thiết bị xử lý tín hiệu số DSP ñể ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều là hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng, cũng như có nhiều giá trị ứng dụng trong thực tiển. 2. Mục ñích nghiên cứu Nâng cao chất lượng ñiều ñiều khiển tốc ñộ cho ñộng cơ ñiện một chiều (có ñiện trở mạch phần ứng Ru ñổi theo nhiệt ñộ làm việc và moment quán tính J thay ñổi) bằng phương pháp ñiều khiển mờ kết hợp với ứng dụng thiết bị xử lý tín hiệu số DSP. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của ñề tài là ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập. Phạm vi nghiên cứu : ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ, mô hình hoá, mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink, kết nối với Card dSPACE1104, tạo giao diện ñiều khiển bằng phần mềm ControlDesk, xây dựng mô hình hệ T-Đ thực tế và chạy thực nghiệm tại phòng thí nghiệm. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng kiểm chứng, từ ñó chế tạo mô hình thực tế tại phòng TN Tự ñộng hoá, ĐHBK Đà Nẵng. 4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài Hoàn thiện phương pháp ñiều khiển tốc ñộ cho ñộng cơ ñiện một chiều. Phát triển khả năng ứng dụng phương pháp ñiều khiển này vào thực tế. 6. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở ñầu và kết luận, luận văn ñược chia thành 5 chương : Chương 1 : Tổng quan về ñộng cơ ñiện một chiều. Chương 2 : Điều khiển mờ. Chương 3 : Ứng dụng ñiều khiển mờ ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập. Chương 4 : Giới thiệu về hệ dSPACE 1104. Chương 5 : Xây dựng mô hình thực tế tại phòng thí nghiệm. 5 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Khái quát chung Hiện nay ñộng cơ ñiện một chiều vẫn ñược dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền ñộng ñiện chất lượng cao, dải công suất ñộng cơ một chiều từ vài W ñến hàng MW. Đây là loại ñộng cơ ña dụng và linh hoạt, có thể ñáp ứng yêu cầu mômen, tăng tốc, và hãm với tải trọng nặng. Động cơ ñiện một chiều cũng dễ dàng ñáp ứng với các truyền ñộng trong khoảng ñiều khiển tốc ñộ rộng và ñảo chiều nhanh với nhiều ñặc tuyến quan hệ mômen – tốc ñộ. Trong ñộng cơ ñiện một chiều, bộ biến ñổi ñiện chính là các mạch chỉnh lưu ñiều khiển. Chỉnh lưu ñược dùng làm nguồn ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ. Chỉnh lưu ở ñây sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha. 1.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc,phân loại ñộng cơ ñiện một chiều 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Nguyên lý làm việc của ñộng cơ ñiện một chiều 1.2.3 Phân loại ñộng cơ ñiện một chiều 1.3 Mô hình toán học của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập. 1.3.1 Động cơ ñiện một chiều ở chế ñộ quá ñộ 1.3.1.1 Mạch phần ứng 1.3.1.2 Mạch kích từ 1.3.1.3 Sơ ñồ khối của toàn bộ ñộng cơ 1.3.2 Động cơ ñiện một chiều ở chế ñộ xác lập 1.3.3 Khảo sát ñặc tính vòng hở ñộng cơ ñiện một chiều 1.4 Chỉnh lưu cầu 3 pha có ñiều khiển. 1.4.1 Lý thuyết chung 1.4.2 Mô tả toán học bộ chỉnh lưu 6 1.5 Tổng hợp ñiều khiển hệ thống truyền ñộng ñiện ñộng cơ ñiện một chiều ( Hệ T-Đ ) 1.5.1 Cấu trúc hệ thống truyền ñộng ñiện một chiều. 1.5.2 Tổng hợp mạch vòng ñiều chỉnh tốc ñộ Rω của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập,khi không có bộ ñiều khiển dòng ñiện RI. 1.5.3 Tổng hợp mạch vòng bộ ñiều khiển tốc ñộ Rω, bộ ñiều khiển dòng ñiện RI của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập, không xét ñến ảnh hưởng của sức ñiện ñộng. 1.6 Mô phỏng hệ thống ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ 1.6.1 Mô phỏng hệ thống mạch vòng ñiều chỉnh tốc ñộ R của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập, khi không có bộ ñiều khiển dòng ñiện RI 1.6.1.1 Mô hình mô phỏng ñộng cơ một chiều kích từ ñộc lập 1.6.1.2 Mô hình mô phỏng hệ thống 1.6.1.3 Kết quả mô phỏng 1.6.2 Mô phỏng hệ thống mạch vòng bộ ñiều khiển tốc ñộ R, bộ ñiều khiển dòng ñiện RI của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập 1.6.2.1 Mô hình mô phỏng hệ thống 1.6.2.2 Kết quả mô phỏng hệ thống 1.6.3 Đánh giá kết quả mô phỏng ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ 1.7 Kết luận chương 1 Trong chương 1 luận văn ñã trình bày tổng quan cơ sở lý thuyết ñể xây dựng hoàn chỉnh bộ ñiều khiển tốc ñộ cho Động cơ ñiện một chiều bằng phương pháp kinh ñiển. Trên cơ sở ñó, muốn xây dựng bộ ñiều khiển như vậy chúng ta phải biết chính xác các 7 thông số, cấu tạo cụ thể của ñộng cơ thì mới tính toán chính xác các bộ ñiều khiển. Tuy nhiên các bộ ñiều khiển ñược xây dựng là các bộ ñiều khiển PID tương tự có các thông số Kp, Ki không thay ñổi và cho kết quả ñiều khiển tốc ñộ tốt khi mà các thông số của ñộng cơ cần ñiều khiển không thay ñổi.Nhưng trong quá trình hoạt ñộng của ñộng cơ các thống số của ñộng cơ như ñiện trở mạch phần ứng Ru , moment quán tính J và ñiện cảm mạch phần ứng Lu thường hay thay ñổi dẫn ñến kết quả ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ không ñạt ñược yêu cầu. Ngoài ra trên thực tế việc tìm kiếm các thông số ñộng cơ gặp rất nhiều khó khăn và thường là không chính xác ñối với các ñộng cơ ñiện một chiều ñã qua sử dụng hoặc các ñộng cơ mới nhưng ñã bị mất nhãn. Để giải quyết các vấn ñề này thì bài toán ñiều khiển mờ sẽ khắc phục ñược nhược ñiểm trên. Đây chính là vấn ñề mà luận văn quan tâm nghiên cứu và giải quyết. 8 CHƯƠNG 2 - ĐIỀU KHIỂN MỜ 2.1 Giới thiệu chung Trong những thập niên gần ñây việc nghiên cứu các thuật toán ñiều khiển tiếp cận với tư duy con người ñược gọi là ñiều khiển trí tuệ nhân tạo, là lĩnh vực phát triển khá mạnh mẽ. Ưu ñiểm của ñiều khiển mờ so với các phương pháp ñiều khiển kinh ñiển là có thể tổng hợp ñược bộ ñiều khiển mà không cần biết trước cấu trúc và tham số của hệ thống một cách chính xác. Những ứng dụng gần ñây về hệ ñiều khiển mờ ñã mang lại nhiều hiệu quả ñáng kể trong các hệ ñiều khiển hiện ñại, nó ñã giải quyết ñược nhiều bài toán ñiều khiển phức tạp mà trước ñây chưa thể giải quyết trọn vẹn . Hệ ñiều khiển mờ sử dụng ñược các kinh nghiệm vận hành ñối tượng và các xử lý ñiều khiển của chuyên gia trong thuật toán ñiều khiển, do vậy hệ ñiều khiển mờ là một bước tiến gần tới tư duy con người. Việc ứng dụng kỹ thuật mờ trong thiết kế xây dựng hệ ñiều khiển cho truyền ñộng có cấu trúc và tham số biến ñổi là hướng nghiên cứu mới mẻ, còn nhiều tiềm năng ñể khai thác, là hướng nghiên cứu có khả năng ñáp ứng ñược các yêu cầu chất lượng của hệ và khắc phục ñược các nhược ñiểm của các hướng nghiên cứu khác. Nhược ñiểm chính của phương pháp là ñể tổng hợp ñược bộ ñiều khiển mờ cần phải có kinh nghiệm của các chuyên gia ñể xây dựng các luật ñiều khiển phù hợp. Logic mờ ( Fuzzy logic) là dựa trên thông tin không ñược ñầy ñủ hoặc không chính xác, con người suy luận ñưa ra cách xử lý và ñiều khiển chính xác hệ thống phức tạp hoặc ñối tượng mà trước ñây chưa giải quyết ñược. Điều khiển mờ sử dụng kinh nghiệm vận hành ñối tượng và các xử lý ñiều khiển của các chuyên gia trong thuật toán ñiều khiển, 9 do vậy hệ ñiều khiển mờ là một bước tiến gần hơn tới tư duy của con người Điều khiển mờ thường ñược sử dụng trong các hệ thống sau ñây: - Hệ thống ñiều khiển phi tuyến. - Hệ thống ñiều khiển mà các thông tin ñầu vào hoặc ñầu ra là không ñầy ñủ, không xác ñịnh ñược chính xác. - Hệ thống ñiều khiển không xác ñịnh ñược tham số hoặc mô hình ñối tượng. 2.1.1 Định nghĩa tập mờ 2.1.2 Các thuật ngữ trong logic mờ 2.1.3 Biến ngôn ngữ 2.1.4 Các phép toán trên tập mờ 2.2 Xây dựng mô hình mờ cho ñối tượng 2.2.1 Mô hình mờ Mamdani 2.2.1.1 Khâu mờ hóa. 2.2.1.2 Khâu thực hiện luật hợp thành 2.2.1.3 Giải mờ 2.2.2 Mô hình mờ Sugeno 2.2.3 So sánh hai loại mô hình 2.3 Tổng hợp bộ ñiều khiển mờ 2.3.1 Điều khiển mờ cơ bản 2.3.2 Nguyên lý và cấu trúc bộ ñiều khiển mờ 2.3.3 Nguyên tắc tổng hợp bộ ñiều khiển mờ 2.3.4 Các bước thực hiện khi xây dựng bộ ñiều khiển mờ 2.3.5 Bộ ñiều khiển mờ ñộng 2.4 Kết luận chương 2 Sự ghép nối giữa các khâu tuyến tính với hệ mờ (khâu phi tuyến) ñã cho ra ñời các bộ ñiều khiển với những tính chất rất hoàn 10 hảo và tạo ra một khả năng mới trong kỹ thuật ñiều khiển tự ñộng, ñó là ñiều khiển các ñối tượng phức tạp, các ñối tượng mà cho ñến nay việc khống chế nó hoàn toàn khó khăn và hầu như không ñiều khiển ñược theo phương pháp kinh ñiển. Ở ñây cũng khẳng ñịnh ñược một ñiều là trong nhiều trường hợp một bộ ñiều khiển mờ ñơn giản cũng có thể ñiều khiển tốt mọi ñối tượng phi tuyến phức tạp. Một ñiều lý thú là các bộ ñiều khiển mờ cho phép lặp lại các tính chất của các bộ ñiều khiển kinh ñiển. Việc lặp lại các tính chất của bộ ñiều khiển kinh ñiển trong kỹ thuật mờ do nhiều yếu tố cũng rất ñược quan tâm. Các bộ ñiều khiển P, PI hoặc PID ñã ñiều khiển ñược các ñối tượng kỹ thuật rất hoàn thiện và cho các ñặc tính ñộng học của toàn bộ hệ thống rất tốt. Nhưng ñể xử lý thêm các tín hiệu ñó và tăng thêm khả năng chẩn ñoán cho hệ thống, cần thay thế ở bước ñầu tiên bộ ñiều khiển kinh ñiển bằng bộ ñiều khiển mờ và phát triển thêm hệ ñiều khiển dựa trên cơ sở của bộ ñiều khiển mờ này ñể có ñược các tính chất ñiều khiển mong muốn. Cùng với kỹ thuật mờ, các bộ ñiều khiển chung cho phép tạo ra một khả năng ñiều khiển ñối tượng phong phú và ña dạng. Các bộ ñiều khiển mờ cho phép thiết kế rất ña dạng, vì qua việc tổ chức các nguyên tắc ñiều khiển và chọn tập mờ cho các biến ngôn ngữ cho phép thiết kế các bộ ñiều khiển mờ khác nhau. Một ñiểm quan trọng nữa là khối lượng công việc cần thực hiện khi thiết kế một bộ ñiều khiển mờ hoàn toàn không phụ thuộc vào ñặc tính của ñối tượng có tuyến tính hay không tuyến tính. Điều ñó có nghĩa là quá trình xử lý của một bộ ñiều khiển mờ với những nguyên tắc ñiều khiển cho các ñối tượng có ñặc tính ñộng học khác nhau hoàn toàn như nhau. 11 CHƯƠNG 3 - ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 3.1 Sơ ñồ khối hệ truyền ñộng Hệ truyền ñộng gồm: - Động cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập (DC). - Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha. - Bộ phát tốc Encoder quang. - Khâu mờ dùng ñể ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ. Ở trong phần này ta sử dụng ta sử dụng kinh nghiệm bộ ñiều khiển PID ñể thiết kế bộ ñiều khiển mờ_PI ñể ñiều khiển tốc ñộ cho ñộng cơ. w* w_rad/s Encoder_phanhoitocdo_w rad/s gioi han Udk-max dien_ap_UuUra_dk Toc do dat vong/phut 1000 TOC DO THUC v/ph 104.7 TOC DO THUC rad/s Sai lech_tocdo_rad/s Mc1 1 s Integrator 30/pi Gain1 pi /30 Gain Fuzzy Logic Controller Dothi_tocdo_v/ph Dothi_tocdo_rad/s Mc Uudm W Dong co dien mot chieu 1du/dt Derivative Dau ra dk Dau ra bo mo Dao_ham_toc_do Kcl Tcl .s+1 Bo chinh luu 3.1.1 Sơ ñồ cấu trúc ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập, từ thông hằng 3.1.2 Đo lường tốc ñộ Hình 3.1 : Sơ ñồ khối của hệ truyền ñộng 12 3.2 Xây dựng mô hình mờ ñiều khiển ñối tượng 3.2.1 Xác ñịnh các biến vào – ra - Đầu vào thứ 1 là sai lệch giữa tốc ñộ ñặt và tốc ñộ thực của hệ thống, ñại lượng này ñược ký hiệu là E. (Tính tốc ñộ theo rad/s) - Đầu vào thứ 2 là tốc ñộ biến thiên theo thời gian của tốc ñộ thực tế dw/dt, ñại lượng này ñược ký hiệu là DE. - Đầu ra của bộ giải mờ là ñạo hàm ñiện áp ñầu ra, ñại lượng này ñược ký hiệu là DU. - Bộ ñiều chỉnh I ñược dùng như một thiết bị chấp hành, ñầu vào lấy sau bộ giải mờ và ñầu ra ñược dẫn tới ñối tượng.Đầu ra của bộ ñiều chỉnh I là Udk ñược ñưa vào ñiều khiển bộ chỉnh lưu. Hình 3.4 : Cấu trúc bộ ñiều khiển mờ 3.2.2 Xác ñịnh tập mờ 3.2.2.1 Miền giá trị vật lý của các biến ngôn ngữ vào/ra. Căn cứ vào tốc ñộ ñịnh mức của ñộng cơ ( tính theo rad/s) xác ñịnh ñược các miền giá trị rõ tới hạn cho các biến vào và ra: + Sai lệch E ñược chọn trong miền giá trị [-192,192]. + Tốc ñộ biến ñổi DE ñược chọn trong miền giá trị [-1200,+1200]. + Đầu ra DU có miền giá trị nằm trong khoảng [-102,102]. 3.2.2.2 Giá trị tập mờ Chọn số lượng tập mờ cho mỗi biến ñầu vào là 7 và biến ñầu ra là 7, cụ thể như sau: + E ∈ {NL, NM, NS, ZE, PS, PM, PL}. 13 + DE ∈ {NL, NM, NS, ZE, PS, PM, PL}. + DU ∈ {NL, NM, NS, ZE, PS, PM, PL}. Trong ñó ký hiệu: + NB – Âm nhiều; NM – Âm vừa; NS – Âm ít; ZE–Zero; + PB – Dương nhiều; PM – Dương vừa; PS – Dương ít. 3.2.2.3 Xác ñịnh hàm liên thuộc Trong kỹ thuật ñiều khiển thường ưu tiên chọn hàm liên thuộc kiểu hình tam giác hoặc hình thang. Hình 3.5 : Xác ñịnh tập mờ cho biến vào E Hình 3.6 : Xác ñịnh tập mờ cho biến vào DE Hình 3.7 : Xác ñịnh tập mờ cho biến ra DU 14 3.2.3 Xây dựng luật ñiều khiển Bảng 3.1 Luật ñiều khiển: E DU NL NM NS ZE PS PM PL NL ZE PS PM PL PL PL PL NM NS ZE PS PM PL PL PL NS NM NS ZE PS PM PL PL ZE NL NM NS ZE PS PM PL PS NL NL NM NS ZE PS PM PM NL NL NL NM NS ZE PS DE PL NL NL NL NL NM NS ZE Dựa vào bản chất vật lý, các số liệu vào ra có ñược, kinh nghiệm, và dựa vào ñặc tính quá ñộ thường gặp của hệ thống ñiều khiển dùng PID. Ta có thể xây dựng luật ñiều khiển như sau: Nếu E dương nhiều và DE là Zero Thì DU dương nhiều. Nếu E Zero và DE Zero là Thì CU Zero. 15 Nếu E Zero và DE là dương nhiều Thì CU âm nhiều. Với suy luận tương tự, mỗi một biến ra ta có tổ hợp của 7 x 7 = 49 luật cụ thể như bảng 3.1. 3.3 Mô hình mô phỏng w* w_rad/s Encoder_phanhoi tocdo_w rad/s Bo_dieu_khien_toc_do gioi han Udk-max dien_ap_UuUra_dk Toc do dat vong/phut 1500 TOC DO THUC v/ph 157.1 TOC DO THUC rad/s Sai lech_tocdo_rad/s Mc1 1 s Integrator 30/pi Gain1 pi/30 Gain Fuzzy Logic Controller Dothi_tocdo_v/ph Dothi_tocdo_rad/s Mc Uudm W Dong co dien mot chieu 1du/dt Derivative Dau ra dk Dau ra bo mo Dao_ham_toc_do Kcl Tcl .s+1 Bo chinh luu 3.4 Kết quả mô phỏng 3.4.1 Kết quả khi Ru và J không ñổi a.Từ 0 ñến 3s chạy không tải Mc = 0, từ 3s trở ñi tải ñịnh mức Mc=Mdm.Tốc ñộ ñặt 1500 vòng/phút. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Thoi gian (s) Dac tinh toc do (vong/phut) Hình 3.9 : Kết quả mô phỏng khi n=1500 vòng/phút Hình 3.8 : Mô hình mô phỏng 16 b. Từ 0 ñến 2s chạy không tải Mc = 0, từ 2s trở ñi tải ñịnh mức Mc=Mdm.Tốc ñộ ñặt 1000 vòng/phút,ñến 4s tăng lên tốc ñộ ñịnh mức 1600 vòng/phút. Hình 3.10 : Kết quả khi n = 1000 v/p , sau 4s tăng lên 1600 v/p. 3.4.2 Kết quả khi Ru và J thay ñổi 3.4.3 Đánh giá kết quả mô phỏng 3.4.3.1 Nhận xét kết quả mô phỏng 3.4.3.2 So sánh kết quả mô phỏng hệ thống với ñiều khiển PID tương tự. 3.5 Kết luận Với kết quả mô phỏng ở trên ta nhận thấy rằng với bộ ñiều khiển mờ như ñã thiết kế thì chất lượng của hệ thống luôn luôn ñược ñảm bảo khi ta thay ñổi tốc ñộ ñặt ở ñầu vào. Kết quả mô phỏng thu ñược hoàn toàn phù hợp với các kết quả nghiên cứu lý thuyết, ñiều này chứng tỏ rằng thuật toán và cách thức xây dựng bộ ñiều khiển mờ là ñúng ñắn và chính xác. Sai lệch tĩnh, ñộ quá ñiều chỉnh, thời gian quá ñộ của hệ truyền ñộng ñều tốt. Kết quả mô phỏng một lần nữa ñã minh chứng và khẳng ñịnh rằng lý thuyết ñiều khiển mờ hoàn toàn có thể ñảm ứng ñược yêu cầu chất lượng ñiều khiển của hệ truyền ñộng. 0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Thoi gian (s) Dac tinh toc do (vong/phut) 17 Hình 4.1 : DSP1104 Controller Board CHƯƠNG 4 - GIỚI THIỆU VỀ HỆ dSPACE 1104 4.1 T
Luận văn liên quan